CN111081528A - 一种漏斗形离子导向装置及具有其的质谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及质谱分析技术领域，公开了一种漏斗形离子导向装置及具有其的质谱仪，包括射频驱动电源、电极线和呈漏斗形的绝缘柱；所述绝缘柱的内部为离子传输腔，所述绝缘柱的大径端开有与离子传输腔连通的离子入口，所述绝缘柱的小径端开有与离子传输腔连通的离子出口，所述绝缘柱的外壁沿绝缘柱的中心轴线开有两条相互平行的螺旋线槽，两根所述电极线分别缠绕于对应的螺旋线槽中，两根所述电极线的一端分别与射频驱动电源的两端连接，两根所述电极线的另一端固定于螺旋线槽。其有益效果在于：能够规避传统离子漏斗固有电容值大、加工成本高、装配精度难以保证等问题。
Description
技术领域
本发明涉及质谱分析技术领域，具体涉及一种漏斗形离子导向装置及具有其的质谱仪。
背景技术
离子漏斗是一种新型的离子导向装置，它通过射频电场对离子的径向束缚和匀强电场对离子的轴向推进，可以在较高的气压背景下(<10Torr)高效的实现离子的捕获、传输与聚焦,大幅度提高离子的传输效率，有效提升质谱仪器的探测灵敏度。然而，传统的离子漏斗是由近百片内径依次递减的环形电极同轴等间距堆叠而成，相邻电极片之间的正对面积较大，最终离子漏斗的固有电容值为几百甚至上千pF，其固有电容值大、加工成本高、装配精度难以保证，导致离子漏斗在质谱仪器中的应用一直没有太大的进步。
发明内容
本发明提供了一种漏斗形离子导向装置，以解决现有的离子漏斗固有电容值大、加工成本高、装配精度难以保证的问题。本发明还提供了一种具有漏斗形离子导向装置的质谱仪。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本漏斗形离子导向装置，包括射频驱动电源、电极线和呈漏斗形的绝缘柱；所述绝缘柱的内部中空为离子传输腔，所述绝缘柱的大径端开有与离子传输腔连通的离子入口，所述绝缘柱的小径端开有与离子传输腔连通的离子出口，所述绝缘柱的外壁沿绝缘柱的中心轴线开有两条相互平行的螺旋线槽，两根所述电极线分别缠绕于对应的螺旋线槽中，两根所述电极线的一端分别与射频驱动电源的两端连接，两根所述电极线的另一端固定于螺旋线槽。
进一步地，所述离子传输腔具有与离子入口相对应的大径端和与离子出口相对应的小径端。
进一步地，所述离子传输腔呈漏斗形。
进一步地，所述离子传输腔呈圆柱形，且此圆柱形离子传输腔的一端的内径逐渐缩小。
进一步地，所述绝缘柱的长度为50mm～150mm，壁厚为2mm～4mm。
进一步地，所述绝缘柱采用聚四氟材料制成。
进一步地，所述离子入口的内径为20mm～50mm，所述离子出口的内径为0.5mm～5mm。
进一步地，所述螺旋线槽的截面呈矩形或半圆形，其槽宽为0.5mm～1mm，其槽深为1mm，其螺距为2mm～10mm，两条螺旋线槽之间的直线距离为螺距的一半。
进一步地，所述电极线为金属丝，其直径为0.5mm～1mm。
进一步地，所述电极线为的不锈钢丝或铜丝，其直径为0.5mm～1mm。
进一步地，所述射频驱动电源输出的信号为正弦波、矩形波、三角波或锯齿波，其频率为500KHz～5MHz，其峰值为50V～1500V。
一种质谱仪，包括上述的漏斗形离子导向装置。
本发明的原理为：本漏斗形离子导向装置突破了现有离子漏斗的构造，将绝缘柱设计成漏斗形，绝缘柱的内腔为离子传输腔，绝缘柱的外壁开有两条螺旋线槽，两路电极线分别缠绕在对应的螺旋线槽中，利用射频驱动电源为电极线供电。通过绝缘柱和电极线的配合替代了现有技术中同轴排列的近百片环形电极，其设计合理，结构简单，有效减少自身固有电容值，装配难度低。在射频驱动电源的作用下，两路电极线会在离子传输腔中产生一个有效的电场。在漏斗形绝缘柱的轴向上，随着离子传输腔内径的递减，有效电势值递增，射频电场对离子的径向束缚能力增强，逐步将离子聚焦在漏斗形绝缘柱的中心轴线上，从而高效地实现离子的捕获、传输与聚焦，大幅度提高离子的传输效率。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、本漏斗形离子导向装置将绝缘柱设置成漏斗形，其内腔作为离子传输腔，将绝缘柱的外周部开有两条螺旋线槽，两路电极线对应缠绕在螺旋线槽中，利用射频驱动电源为电极线供电。其整体设计合理，结构简单，加工成本低，装配精度高。本漏斗形离子导向装置将绝缘柱和电极线相配合替代现有技术中的同轴排列的近百片环形电极，两路电极线之间的正对面积较小，使得漏斗形离子导向装置的固有电容值仅有几十或近百pF，比传统离子漏斗小了1～2个数量级，大大降低了所需射频驱动电源的开发难度。
2、本漏斗形离子导向装置的离子入口远大于离子出口，离子传输腔的两端分别与离子入口和离子出口相对应，且离子传输腔的内径逐渐缩小，此设置可有效提高进入离子传输腔的离子数量。在射频驱动电源的作用下，两路电极丝会在离子传输腔中产生一个有效的电场，在漏斗形绝缘柱的轴向上，随着离子传输腔内径的递减，有效电势值递增，射频电场对离子的径向束缚能力增强，逐步将离子聚焦在漏斗形绝缘柱的中心轴线上，有效提高离子的捕获、传输效率。本漏斗形离子导向装置中的绝缘柱3采用聚四氟材料制成，电极线2为金属丝，取材方便，便于加工，有效降低成本。
3、本漏斗形离子导向装置能够在较高的气压背景下高效地实现离子的捕获、传输与聚焦，大幅度提高离子的传输效率，具有所需射频驱动电源开发难度小、机械部件加工装配成本低等优势，在改善质谱仪器探测灵敏度方面具有广阔的应用前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的漏斗形离子导向装置的结构示意图。
图中，1为射频驱动电源；2为电极线；3为绝缘柱；4为离子传输腔；5为离子入口；6为离子出口；7为螺旋线槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示的漏斗形离子导向装置，包括射频驱动电源1、电极线2和呈漏斗形的绝缘柱3；所述绝缘柱3的内部中空为离子传输腔4，所述绝缘柱3的大径端开有与离子传输腔4连通的离子入口5，所述绝缘柱3的小径端开有与离子传输腔4连通的离子出口6，所述绝缘柱3的外壁沿绝缘柱的中心轴线开有两条相互平行的螺旋线槽7，两根所述电极线2分别缠绕于对应的螺旋线槽7中，两根所述电极线2的一端分别与射频驱动电源1的正负极连接，两根所述电极线2的另一端固定于对应的螺旋线槽7中。其中，将绝缘柱3的内部设计成中空，作为离子传输腔4。所述螺旋线槽7螺旋环绕于绝缘柱3的外周面，两条电极线2分别对应缠绕在两条螺旋线槽7中，两条电极线分别与射频驱动电源1的正负极连接。两条电极线2的另一端分别固定在相对应的螺旋线槽7的末端，可采用粘合剂或螺钉固定。通过此设置，利用绝缘柱3和电极线2相配合替代现有技术中近百片同轴设置的电极片，有效减少离子导向装置的固有电容值，大幅度提高了离子的传输效率，降低了离子导向装置的装配难度和射频驱动电源的开发难度。
所述离子传输腔4具有与离子入口5相对应的大径端和与离子出口6相对应的小径端。所述离子传输腔4呈漏斗形。所述离子传输腔4呈圆柱形，且此圆柱形离子传输腔4的一端的内径逐渐缩小。将离子传输腔4的内径设计成递减，可使电势值递增，提高射频电场对离子的径向束缚能力，同时大幅度提高了离子的传输效率。
所述离子入口5的内径为20mm～50mm，所述离子出口6的内径为0.5mm～5mm。离子入口5的尺寸远大于离子出口6的尺寸，此设计便于大量处于无序状态的离子进入离子传输腔4，因离子传输腔5内径递减，有效电势值递增，使得射频电场对离子的径向束缚能力增强，逐步将离子聚焦在绝缘柱3的中心轴线上，进而经离子出口6输出，大幅度提高了离子的传输效率。
所述绝缘柱3采用聚四氟材料制成，所述绝缘柱3的长度为50mm～150mm，壁厚为2mm～4mm。此设置，取材方便，加工简单，有效改善了传统离子导向装置装配难度大的问题。
所述螺旋线槽7的截面呈矩形或半圆形，其中，螺旋线槽7的宽度为0.5mm～1mm，螺旋线槽7的深度为1mm，螺旋线槽7的螺距为2mm～10mm，两条螺旋线槽7之间的直线距离为螺距的一半。其中，两条螺旋线槽7的形状、尺寸均相同，其加工简单，可有效固定电极线2，为离子传输腔4提供所需电场。
所述电极线2为金属丝，其直径为0.5mm～1mm。电极线2采用导电效果好的金属丝制成。所述电极线2为的不锈钢丝或铜丝，其直径为0.5mm～1mm。电极线为常见的不锈钢丝或铜丝，取材方便，有效降低本装置的生产成本。
所述射频驱动电源1输出的信号为正弦波、矩形波、三角波或锯齿波，其频率为500KHz～5MHz，其峰值为50V～1500V。本装置中的两路电极线2之间正对面积较小，大大减小了离子导向装置中的固有电容值，降低了射频驱动电源1的开发难度。
一种质谱仪，包括上述的漏斗形离子导向装置。本漏斗形离子导向装置能够在较高的气压背景下高效地实现离子的捕获、传输与聚焦，大幅度提高离子的传输效率，具有所需射频驱动电源开发难度小、机械部件加工装配成本低等优势，在改善质谱仪器探测灵敏度方面具有广阔的应用前景。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种漏斗形离子导向装置，其特征在于：包括射频驱动电源、电极线和呈漏斗形的绝缘柱；所述绝缘柱的内部中空为离子传输腔，所述绝缘柱的大径端开有与离子传输腔连通的离子入口，所述绝缘柱的小径端开有与离子传输腔连通的离子出口，所述绝缘柱的外壁沿绝缘柱的中心轴线开有两条相互平行的螺旋线槽，两根所述电极线分别缠绕于对应的螺旋线槽中，两根所述电极线的一端分别与射频驱动电源的两端连接，两根所述电极线的另一端固定于螺旋线槽。
2.根据权利要求1所述的漏斗形离子导向装置，其特征在于：所述离子传输腔具有与离子入口相对应的大径端和与离子出口相对应的小径端。
3.根据权利要求2所述的漏斗形离子导向装置，其特征在于：所述绝缘柱的长度为50mm～150mm，壁厚为2mm～4mm。
4.根据权利要求1所述的漏斗形离子导向装置，其特征在于：所述绝缘柱采用聚四氟材料制成。
5.根据权利要求1所述的漏斗形离子导向装置，其特征在于：所述离子入口的内径为20mm～50mm，所述离子出口的内径为0.5mm～5mm。
6.根据权利要求1所述的漏斗形离子导向装置，其特征在于：所述螺旋线槽的截面呈矩形或半圆形，其槽宽为0.5mm～1mm，其槽深为1mm，其螺距为2mm～10mm，两条螺旋线槽之间的直线距离为螺距的一半。
7.根据权利要求1所述的漏斗形离子导向装置，其特征在于：所述电极线为金属丝，其直径为0.5mm～1mm。
8.根据权利要求1所述的漏斗形离子导向装置，其特征在于：所述电极线为的不锈钢丝或铜丝，其直径为0.5mm～1mm。
9.根据权利要求1所述的漏斗形离子导向装置，其特征在于：所述射频驱动电源输出的信号为正弦波、矩形波、三角波或锯齿波，其频率为500KHz～5MHz，其峰值为50V～1500V。
10.一种质谱仪，其特征在于：包括如权利要求1-9中任一项所述的漏斗形离子导向装置。
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